(57)【要約】  単一のセンサーアレイを使う測定システムにおいて、ターゲットからの参照ビームおよび対応する戻されたビームを測定するための技法を、本明細書で開示する。システムは、参照ビームのロケーションが、センサーアレイ上で、戻されたビームのロケーションから空間的に離れるように構成される。参照ビームに対応する、センサーアレイ上の第1のセンサー要素のセットが、レーザービーム走査制御信号に基づいて動的にアクティブ化される。第1のセンサー要素のセットからの検出信号は、参照ビームのロケーションおよび/またはパターンを判断するのに使われ、これらは次いで、同じセンサーアレイ上の、対応する戻されたビームのロケーションおよび/またはパターンを推定し、対応する戻されたビームの推定ロケーションおよび/またはパターンに基づいて、センサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを動的に選択し、アクティブ化するのに使われる。
2019527830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを送信するように構成された光源と、
複数のセンサー要素を備える2次元(2-D)センサーアレイと、
前記光ビームの第1の部分を前記2-Dセンサーアレイ上の第1のエリア上へ向けるように構成されたビーム分割デバイスと、
前記光ビームの第2の部分をターゲットオブジェクトの方へ向けるように構成された送信機光学サブシステムと、
前記ターゲットオブジェクトによって反射された、前記光ビームの前記第2の部分の戻された部分を、前記2-Dセンサーアレイ上の第2のエリア上へ向けるように構成された受信機光学サブシステムであって、前記第2のエリアは、前記第1のエリアから離間される、受信機光学サブシステムと、
前記2-Dセンサーアレイを制御するための、前記2-Dセンサーアレイに通信可能に結合されたセンサーコントローラとを備えるシステム。
【請求項２】
前記センサーコントローラは、
前記送信された光ビームの走査方向を制御するレーザービーム走査制御信号に基づいて、前記第1のエリアを備える第1の推定エリア中の、前記2-Dセンサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化し、
前記第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信し、
前記検出信号を受信した後、前記第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化し、
前記検出信号に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第1の部分の実際のロケーションを判断するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記検出信号からタイミング情報を抽出するように構成されたタイミング測定回路をさらに備える、請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記タイミング測定回路は、アナログ−デジタルコンバータまたは時間−デジタルコンバータを備える、請求項3に記載のシステム。
【請求項５】
前記センサーコントローラは、
前記光ビームの前記第1の部分の前記判断された実際のロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の推定ロケーションを判断し、
前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の前記推定ロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイの第2のセンサー要素のセットをアクティブ化するようにさらに構成される、請求項2に記載のシステム。
【請求項６】
前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の前記推定ロケーションは、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の寸法およびパターンを含む、請求項5に記載のシステム。
【請求項７】
前記センサーコントローラは、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の前記推定ロケーションと、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第1の部分の前記実際のロケーションとの間の関係に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記光ビームの前記第2の部分の前記戻された部分の前記推定ロケーションを判断するように構成される、請求項5に記載のシステム。
【請求項８】
前記センサーコントローラは、
前記第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信し、
前記第2のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化するようにさらに構成される、請求項5に記載のシステム。
【請求項９】
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報および光強度情報を抽出するように構成された測定回路をさらに備える、請求項8に記載のシステム。
【請求項１０】
前記タイミング情報および前記光強度情報に基づいて、前記ターゲットオブジェクトの特性を判断するように構成された分析器をさらに備える、請求項9に記載のシステム。
【請求項１１】
前記センサーコントローラは、
前記2-Dセンサーアレイのエリアのロケーション、寸法、およびパターンを動的に選択し、
前記2-Dセンサーアレイの前記選択されたエリア中のセンサー要素のセットを動的にアクティブ化し、前記2-Dセンサーアレイの他のセンサー要素を非アクティブ化するように構成される、請求項1に記載のシステム。
【請求項１２】
前記選択されたエリアは、前記2-Dセンサーアレイの円形エリア、矩形エリア、および楕円エリアのうちの1つを含む、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
前記2-Dセンサーアレイは、複数の単一光子アバランシェダイオード(SPAD)マイクロセルを備えるシリコン光電子増倍管(SiPM)センサーを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１４】
前記送信機光学サブシステムは前記ビーム分割デバイスを備える、請求項1に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第1のエリアと前記第2のエリアは前記2-Dセンサーアレイの反対側にある、請求項1に記載のシステム。
【請求項１６】
ターゲットからの参照ビームおよび対応する戻されたビームを測定するための方法であって、
レーザービーム走査制御信号に基づいて、2次元(2-D)センサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するステップであって、前記第1のセンサー要素のセットは、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記参照ビームのロケーションに対応し、前記参照ビームは、前記レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含む、ステップと、
前記第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信するステップと、
前記第1のセンサー要素のセットからの前記検出信号に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記参照ビームの実際のロケーションを判断するステップと、
前記参照ビームの前記実際のロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の前記戻されたビームの推定ロケーションを判断するステップであって、前記戻されたビームは、前記光ビームによって照明される前記ターゲットによって戻される、ステップと、
前記戻されたビームの前記推定ロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するステップとを含む方法。
【請求項１７】
前記参照ビームは、ビーム分割デバイスによって前記2-Dセンサーアレイに向けられ、
前記戻されたビームは、受信機光学サブシステムによって前記2-Dセンサーアレイに向けられ、
前記2-Dセンサーアレイ上の前記参照ビームの前記実際のロケーションは、前記2-Dセンサーアレイ上の前記戻されたビームの前記推定ロケーションから離間される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記第1のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化するステップと、
前記第1のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するステップとをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信するステップと、
前記第2のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化するステップと、
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するステップとをさらに含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２０】
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するステップは、アナログ‐デジタルコンバータまたは時間−デジタルコンバータを使って、前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するステップを含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号から抽出された前記タイミング情報に基づいて、前記ターゲットの特性を判断するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
【請求項２２】
前記2-Dセンサーアレイ上の前記戻されたビームの前記推定ロケーションを判断するステップは、前記2-Dセンサーアレイ上の前記戻されたビームの前記推定ロケーションと前記2-Dセンサーアレイ上の前記参照ビームの前記実際のロケーションとの間の関係に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の前記戻されたビームの前記推定ロケーションを判断するステップを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項２３】
レーザービーム走査制御信号に基づいて、2次元(2-D)センサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するための手段であって、前記第1のセンサー要素のセットは、前記2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションに対応し、前記参照ビームは、前記レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含む、手段と、
前記第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信するための手段と、
前記検出信号に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記参照ビームの実際のロケーションを判断するための手段と、
前記参照ビームの前記実際のロケーションに基づいて、ターゲットからの、前記2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断するための手段であって、前記戻されたビームは、前記参照ビームに対応し、前記光ビームによって照明される前記ターゲットによって戻される、手段と、
前記戻されたビームの前記推定ロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するための手段とを備える装置。
【請求項２４】
前記参照ビームを前記2-Dセンサーアレイへ向けるための手段と、
前記戻されたビームを、前記2-Dセンサーアレイ上の前記参照ビームの前記実際のロケーションから離間されたロケーション上の前記2-Dセンサーアレイに向けるための手段とをさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２５】
前記第1のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化するための手段と、
前記第1のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するための手段とをさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２６】
前記第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信するための手段と、
前記第2のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化するための手段と、
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報を抽出するための手段とをさらに備える、請求項23に記載の装置。
【請求項２７】
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号から抽出された前記タイミング情報に基づいて、前記ターゲットの特性を判断するための手段をさらに備える、請求項26に記載の装置。
【請求項２８】
機械可読命令が記憶された非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記命令は、1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサに、
レーザービーム走査制御信号に基づいて、2次元(2-D)センサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化することであって、前記第1のセンサー要素のセットは、前記2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションに対応し、前記参照ビームは、前記レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含む、ことと、
前記第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信することと、
前記検出信号に基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の、前記参照ビームの実際のロケーションを判断することと、
前記参照ビームの前記実際のロケーションに基づいて、ターゲットからの、前記2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断することであって、前記戻されたビームは、前記参照ビームに対応し、前記光ビームによって照明される前記ターゲットによって戻される、ことと、
前記戻されたビームの前記推定ロケーションに基づいて、前記2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化することとを行わせる、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２９】
前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサにさらに、
前記第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信させ、
前記第2のセンサー要素のセットから前記検出信号を受信した後、前記第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化させ、
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号からタイミング情報および光強度情報を抽出させる、請求項28に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項３０】
前記命令は、前記1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、前記1つまたは複数のプロセッサにさらに、
前記第2のセンサー要素のセットからの前記検出信号から抽出された前記タイミング情報および前記光強度情報に基づいて、前記ターゲットの特性を判断させる、請求項29に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学システムにおいて参照および戻された光ビームを測定するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検出および測距(LIDAR: Light Detection And Ranging)システムは、ソースからターゲット上の1つまたは複数の点までのレンジ、すなわち距離を取得するために光ビームを使用することができるアクティブなリモート感知システムである。LIDARシステムは、ターゲットの少なくとも一部分を照明するために光ビーム(通常はレーザービーム)を使用し、ソースからの発せられた光ビームがターゲットに到着し、次いでソースの近くまたは既知のロケーションにある検出器に戻るのにかかる時間を測定する。言い換えれば、ソースからターゲット上の点までのレンジは、ソースから検出器までの光ビームの飛行時間(ToF)に基づいて判断され得る。ターゲット上またはLIDARシステムの視野にある複数の点までのレンジを測定するために、レーザービームは通常、1次元または2次元で走査される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
LIDARシステムの様々な実装形態では、ソースからターゲット上の点までのレンジを判断するために、参照レーザービームおよび対応する戻されたビームの位置、タイミング、および/または強度を判断することが望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本明細書で開示する技法は、単一のセンサーアレイを使う、LIDARシステムまたは他の類似のシステムにおいて、参照ビームと、対応する、ターゲットからの戻されたビームとを測定することに関する。様々な実施形態において、参照ビームに対応する、センサーアレイ上の第1のセンサー要素のセットが、動的に選択され、レーザービーム走査制御信号に基づいてアクティブ化され得る。第1のセンサー要素のセットからの検出信号は、参照ビームのロケーションおよび/またはパターンを判断するのに使うことができ、これらは次いで、同じセンサーアレイ上の、対応する戻されたビームのロケーションおよび/またはパターンを推定するのに使うことができる。センサーアレイの第2のセンサー要素のセットが次いで、動的に選択され、対応する戻されたビームの推定ロケーションおよび/またはパターンに基づいてアクティブ化され得る。このようにして、参照ビームおよび戻されたビームのタイミング、ロケーション、および/または強度が、単一のセンサーアレイによって測定されてよく、そうすることによって、システムの正確さおよび信頼性が増す。さらに、参照ビームに対応するセンサー要素の動的に選択されたセットまたは戻されたビームに対応するセンサー要素の動的に選択されたセットのみが、特定の時間にアクティブ化され得るので、参照ビームと戻されたビームとの間の干渉、および、たとえば、センサーアレイの他のセンサー要素上のバックグラウンド放射または漂遊(散乱)光ビームによって引き起こされるノイズが、削減されるか、または除去され得る。
【０００５】
例示的実装形態によると、システムは、光ビームを送信するように構成された光源と、複数のセンサー要素を含む2次元(2-D)センサーアレイと、光ビームの第1の部分を2-Dセンサーアレイ上の第1のエリア上へ向けるように構成されたビーム分割デバイス(Beam Spitting Device)とを含み得る。システムはまた、光ビームの第2の部分をターゲットオブジェクトの方へ向けるように構成された送信機光学サブシステムと、ターゲットオブジェクトによって反射された、光ビームの第2の部分の戻された部分を、2-Dセンサーアレイ上の第2のエリア上へ向けるように構成された受信機光学サブシステムとを含むことができ、第2のエリアは、第1のエリアから離間される。システムは、2-Dセンサーアレイを制御するための、2-Dセンサーアレイに通信可能に結合されたセンサーコントローラをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、第1のエリアと第2のエリアは、2-Dセンサーアレイの反対側にある。
【０００６】
システムのいくつかの実施形態では、センサーコントローラは、送信された光ビームの走査方向を制御するレーザービーム走査制御信号に基づいて、第1のエリアを含む第1の推定エリア中の、2-Dセンサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化することと、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信することと、検出信号を受信した後、第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化することと、検出信号に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第1の部分の実際のロケーションを判断することとを行うように構成され得る。いくつかの実施形態では、システムは、検出信号からタイミング情報を抽出するための、アナログ−デジタルコンバータ(Analog-to-Digital Converter)または時間−デジタルコンバータ(Time-to-Digital Converter)などのタイミング測定回路を含み得る。
【０００７】
いくつかの実施形態では、センサーコントローラは、光ビームの第1の部分の判断された実際のロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第2の部分の戻された部分の推定ロケーションを判断することと、光ビームの第2の部分の戻された部分の推定ロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイの第2のセンサー要素のセットをアクティブ化することとを行うようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第2の部分の戻された部分の推定ロケーションは、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第2の部分の戻された部分の寸法(Dimension)およびパターンを含み得る。いくつかの実施形態では、センサーコントローラは、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第2の部分の戻された部分の推定ロケーションと、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第1の部分の実際のロケーションとの間の関係(たとえば、所定または較正された関係)に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、光ビームの第2の部分の戻された部分の推定ロケーションを判断するように構成され得る。
【０００８】
いくつかの実施形態では、センサーコントローラは、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信することと、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化することとを行うようにさらに構成され得る。いくつかの実施形態では、システムは、第2のセンサー要素のセットからの検出信号から、タイミング情報および/または光強度情報を抽出するための測定回路を含み得る。いくつかの実施形態では、システムは、タイミング情報および光強度情報に基づいて、ターゲットオブジェクトの特性を判断するための分析器を含み得る。
【０００９】
システムのいくつかの実施形態では、センサーコントローラは、2-Dセンサーアレイのエリアのロケーション、寸法、およびパターンを動的に選択することと、2-Dセンサーアレイの選択されたエリア中のセンサー要素のセットを動的にアクティブ化し、2-Dセンサーアレイの他のセンサー要素を非アクティブ化することとを行うように構成され得る。様々な実施形態において、選択されたエリアは、2-Dセンサーアレイの円形エリア、矩形エリア、および楕円エリアのうちの1つを含み得る。
【００１０】
いくつかの実施形態では、2-Dセンサーアレイは、複数の単一光子アバランシェダイオード(SPAD)マイクロセルを備えるシリコン光電子増倍管(SiPM)センサーを含み得る。いくつかの実施形態では、送信機光学サブシステムは、ビーム分割デバイスを含み得る。
【００１１】
例示的実装形態によると、ターゲットからの参照ビームおよび対応する戻されたビームを測定するための方法が開示される。方法は、レーザービーム走査制御信号に基づいて、2-Dセンサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するステップと、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信するステップとを含み得る。第1のセンサー要素のセットは、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションに対応し、参照ビームは、レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含む。方法はまた、第1のセンサー要素のセットからの検出信号に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションを判断するステップと、参照ビームの実際のロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断するステップであって、戻されたビームは、光ビームによって照明されるターゲットによって戻される、ステップとを含み得る。方法は、戻されたビームの推定ロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するステップをさらに含み得る。
【００１２】
方法のいくつかの実施形態では、2-Dセンサーアレイ上の戻されたビームの推定ロケーションを判断するステップは、2-Dセンサーアレイ上の戻されたビームの推定ロケーションと、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションとの間の所定または較正された関係に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断するステップを含み得る。
【００１３】
方法の様々な実施形態において、参照ビームは、ビーム分割デバイスによって2-Dセンサーアレイに向けられてよく、戻されたビームは、受信機光学サブシステムによって2-Dセンサーアレイに向けられてよく、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションは、2-Dセンサーアレイ上の戻されたビームの推定ロケーションから離間される。
【００１４】
いくつかの実施形態では、参照ビームと、ターゲットからの対応する戻されたビームとを測定するための方法はまた、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化するステップと、第1のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するステップとを含み得る。
【００１５】
いくつかの実施形態では、参照ビームと、ターゲットからの対応する戻されたビームとを測定するための方法はまた、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信するステップと、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化するステップと、第2のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するステップとを含み得る。いくつかの実施形態では、第2のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するステップは、アナログ−デジタルコンバータまたは時間−デジタルコンバータを使って、第2のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するステップを含み得る。いくつかの実施形態では、方法は、第2のセンサー要素のセットからの検出信号から抽出されたタイミング情報に基づいて、ターゲットの特性を判断するステップをさらに含み得る。
【００１６】
別の例示的実装形態によると、装置を提供することができ、この装置は、レーザービーム走査制御信号に基づいて、2-Dセンサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するための手段と、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信するための手段とを含み得る。第1のセンサー要素のセットは、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションに対応し、参照ビームは、レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含み得る。装置はまた、検出信号に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションを判断するための手段と、参照ビームの実際のロケーションに基づいて、ターゲットからの、2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断するための手段であって、戻されたビームは、参照ビームに対応し、光ビームによって照明されるターゲットによって戻される、手段とを含み得る。装置は、戻されたビームの推定ロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化するための手段をさらに含み得る。
【００１７】
いくつかの実施形態では、装置は、参照ビームを2-Dセンサーアレイへ向けるための手段と、戻されたビームを、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションから離間されたロケーション上の2-Dセンサーアレイに向けるための手段とを含み得る。いくつかの実施形態では、装置は、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第1のセンサー要素のセットを非アクティブ化するための手段と、第1のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するための手段とを含み得る。いくつかの実施形態では、装置は、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信するための手段と、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化するための手段と、第2のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報を抽出するための手段とを含み得る。いくつかの実施形態では、装置は、第2のセンサー要素のセットからの検出信号から抽出されたタイミング情報に基づいて、ターゲットの特性を判断するための手段をさらに含み得る。
【００１８】
また別の例示的な実装形態によれば、機械可読命令が記憶された非一時的コンピュータ可読記憶媒体が開示される。非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、1つまたは複数のプロセッサによって実行されると、1つまたは複数のプロセッサに、レーザービーム走査制御信号に基づいて、2-Dセンサーアレイの第1のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化することと、第1のセンサー要素のセットから検出信号を受信することであって、第1のセンサー要素のセットは2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションに対応し、参照ビームは、レーザービーム走査制御信号によって制御される光ビームの部分を含む、こととを行わせる命令を含み得る。命令はまた、1つまたは複数のプロセッサに、検出信号に基づいて、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションを判断することと、参照ビームの実際のロケーションに基づいて、ターゲットからの、2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションを判断することであって、戻されたビームは、光ビームによって照明されるターゲットによって戻された参照ビームに対応する、ことと、戻されたビームの推定ロケーションに基づいて、2-Dセンサーアレイ上の第2のセンサー要素のセットを選択的にアクティブ化することとを行わせ得る。
【００１９】
非一時的コンピュータ可読記憶媒体の様々な実施形態において、命令はまた、1つまたは複数のプロセッサに、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信させ、第2のセンサー要素のセットから検出信号を受信した後、第2のセンサー要素のセットを非アクティブ化させ、第2のセンサー要素のセットからの検出信号からタイミング情報および光強度情報を抽出させることができる。いくつかの実施形態では、命令はまた、1つまたは複数のプロセッサに、第2のセンサー要素のセットからの検出信号から抽出されたタイミング情報および光強度情報に基づいて、ターゲットの特性を判断させることができる。
【００２０】
本開示の態様は例として示される。以下の図を参照しながら非限定的で非網羅的な態様について説明し、別段の規定がない限り、様々な図の全体を通して、同様の参照番号は同様の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】例示的なシステムの簡略化ブロック図である。
【図２】送信機における光ビームの位置を判断するためのビームスプリッタを有する例示的なシステムを示す図である。
【図３】2次元センサーアレイを使う例示的なLIDARシステムの簡略化ブロック図である。
【図４】本開示のいくつかの態様による例示的なLIDARシステムの簡略化ブロック図である。
【図５】光ビーム走査中のセンサーアレイ上の、例示的な参照ビームおよび対応する戻されたビームを示す図である。
【図６】参照ビームおよび戻されたビームを検出するための、センサーアレイ上の選択的にアクティブ化されたセンサー要素の出力信号の例示的な波形を示す図である。
【図７】LIDARシステムにおける、参照ビームおよびターゲットからの対応する戻されたビームを測定するための例示的方法を示すフローチャートである。
【図８】本明細書で説明する例のうちのいくつかを実装するための例示的なコンピューティングシステムを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
いくつかの例示的な実施形態が、本明細書の一部を形成する添付図面に関してここで説明される。次の記載は、実施形態のみを提供し、本開示の範囲、適用可能性または構成を制限する意図はない。むしろ、実施形態の次の記載は、当業者に、実施形態を実装することを可能にする記載を提供することになる。要素の機能および配置には、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われる場合があることは理解されたい。
【００２３】
本明細書で開示する技法は、単一光子アバランシェダイオード(SPAD)マイクロセルの2次元(2-D)アレイを含む、シリコン光電子増倍管(SiPM)センサーなどの2-Dセンサーアレイを使う光検出および測距(LIDAR)システムにおいて、ターゲットオブジェクトからの戻されたビームを測定することに関する。より詳細には、本開示のいくつかの態様によるLIDARシステムにおいて、LIDARシステムの光学サブシステムは、参照ビームとしての、レーザーソースからの走査用レーザービームの断片を部分的に分割し、ターゲットオブジェクトからの、対応する戻されたビームの光スポットのエリアから離間されている、動的に変化するエリア中の2-Dセンサーアレイの表面上に参照ビームを向けるように構成され得る。参照ビームの光スポットのロケーションを測定することによって、戻されたビームの光スポットの予想ロケーションおよびパターンを推定することができ、対応するセンサー要素(たとえば、SPADマイクロセル)が、動的に選択され、走査パターンによるレーザービームの走査に応答して、戻されたビームがLIDARシステムの2-Dセンサーアレイの表面を横断するとき、戻されたビームの光スポットの推定ロケーションおよびパターンに基づいて、戻されたビームを測定するための「仮想」可変ピクセルにグループ化され得る。
【００２４】
このようにして、参照ビームおよび戻されたビームのロケーション、タイミングおよび強度情報が、単一のセンサーアレイによって測定され得る。参照ビームまたは戻されたビームのロケーションを判断するのに、追加センサー、検出器、データコンバータ、および他の余剰構成要素は必要とされない。したがって、LIDARシステムの組立ておよび較正は、はるかにより容易にすることができ、LIDARシステムの正確さおよび信頼性は向上され得る。さらに、参照ビームに対応するセンサー要素の動的に選択されたセットまたは戻されたビームの推定ロケーションおよびパターンに対応するセンサー要素の選択されたセットのみが、ある時間期間中にアクティブ化され得るので、参照ビームと戻されたビームとの間の干渉、および、たとえば、センサーアレイの他のセンサー要素におけるバックグラウンド放射または漂遊(散乱)光ビームによって引き起こされるノイズが、削減されるか、または最小限にされ得る。
【００２５】
レーザー検出および測距(LADAR)システムとも呼ばれるLIDARシステムは、ソースからターゲット上の1つまたは複数の点までのレンジを取得するために使用され得るアクティブなリモート感知システムである。LIDARは、ターゲット上の1つまたは複数の点を照明するために、光ビーム、通常はレーザービームを使用する。他の光源と比較して、レーザービームは、長距離にわたって著しく拡散することなく(かなり平行に)伝搬することができ、小さいスポットに集束して、非常に高い光パワー密度をもたらし、細かい分解能を実現することができる。レーザービームは、送信されるレーザービームが一連のパルスを含むように変調され得る。送信されるレーザービームは、送信されるレーザービームを反射し得るターゲット上の点に向けられてよい。ターゲット上の点から反射されたレーザービームが測定されてよく、送信される光ビームのパルスがソースから送信される時間から、ソースの近くまたは既知のロケーションにある検出器にパルスが到着する時間までの飛行時間(ToF)が測定され得る。次いで、たとえば、r=c×t/2によって、ソースからターゲット上の点までのレンジが決定されてよく、rは、ソースからターゲット上の点までのレンジであり、cは、自由空間における光速であり、tは、ソースから検出器までの光ビームのパルスのToFである。
【００２６】
図1は、LIDAR、LADAR、または他の同様のシステムなどの例示的なシステム100の簡略ブロック図である。システム100は、光ビームスキャナ110、センサー120、および光学サブシステム130を含み得る。光ビームスキャナ110は、レーザー、レーザーダイオード、垂直共振器面発光レーザー(VCSEL)、発光ダイオード(LED)、または他の光源などの光源を含み得る。たとえば、レーザーは、たとえば930〜960nm、1030〜1070nm、1550nm前後、またはそれ以上の出力波長を有する、赤外線パルスファイバーレーザーまたは他のモードロックレーザーであり得る。光ビームスキャナ110はまた、レーザーからの送信されるレーザービームの方向を変更することができる走査ステージ、圧電アクチュエータ、またはマイクロ電気機械(MEMS)デバイスなどの光誘導デバイスを含み得る。光学サブシステム130は、平行レーザービーム140がターゲットへの長距離にわたって著しく拡散することなく伝搬することができるように、光ビームスキャナ110からの送信されるレーザービームを平行にするために使用され得る。光学サブシステム130はまた、光ビームスキャナ110からの送信されるレーザービームを、ターゲット上の小さいスポットに集束させることができる。光学サブシステム130はまた、レーザービームを拡大するか、またはレーザービームをそらすために使用され得る。ターゲットオブジェクト上に小さいビームスポットがあるので、システム100の分解能が改善され得る。
【００２７】
光学サブシステム130はまた、ターゲット150からの戻されたレーザービーム160をセンサー120に直接、またはセンサー120に接続された光ファイバーに集束させるために使用され得る。センサー120は、光学源の波長と同等の動作(高感度)波長を有する検出器であり得る。検出器は、高速フォトディテクタ、たとえば、p型半導体とn型半導体領域(PINフォトダイオード)との間の真性半導体領域を有するフォトダイオード、またはInGaAsアバランシェフォトディテクタ(APD)であり得る。センサー120は、複数のSPADマイクロセルを含むSiPMセンサーなどの1次元(1-D)または2-D検出器アレイも含み得る。
【００２８】
ターゲット上またはシステムの視野(FOV)にある複数の点までのレンジを測定するために、レーザービームは通常、図1に示すように1次元または2次元で走査される。1-Dまたは2-D走査パターンを実現するために、システムは、たとえば、レーザーのアレイ、互いに対して若干傾けられたレーザー/センサーの複数のセット、または2-D走査機構を使用することができ、それによりレーザービームが、たとえば、図1に示すように水平ラスタパターンおよび/または垂直ラスタパターンで走査され得る。
【００２９】
多くの異なるタイプのレーザービーム走査機構、たとえば、多次元メカニカルステージ、ガルボ制御ミラー、マイクロモーターによって駆動するMEMSミラー、クォーツもしくはチタン酸ジルコン酸鉛(PZT)セラミックなどの圧電材料を使用する圧電トランスレータ/トランスデューサ、電磁アクチュエータ、または音響アクチュエータがある。たとえば、重畳レーザービームの波面を変えるために1-Dまたは2-Dレーザーアレイのレーザーのフェーズが変更され得るフェーズドアレイ技法を使用して、構成要素の機械的な動きなしにレーザービーム走査が実現されることもある。上述のビーム走査機構の多くは、かさばり、費用がかかることがある。いくつかのLIDARシステムでは、代替または追加として、レーザービームを走査するために共振ファイバー走査技法が使用され得る。光ファイバーがフレキシブルであることから、広い視野および高分解能が達成され得る。加えて、共振ファイバービームスキャナは、小さく、費用がより少なくてよい。
【００３０】
これらの走査機構の多くでは、所与の時間における特定の送信された光ビームを反射するターゲット上の点をシステムが決定できるように、走査機構を駆動する制御信号に基づいて走査ビームの位置が決定され得る。たとえば、図1では、光学サブシステム130上の送信されたビームの位置、ひいてはターゲット150上の送信されたビームの位置は、システム100における光ビームスキャナ110を制御する信号に基づいて決定され得る。より具体的な例として、マイクロモーターによって駆動するMEMSミラーを有するシステムでは、MEMSマイクロミラーの向きは、マイクロミラーを回転させるマイクロモーターを制御する信号に基づいて決定され得る。次いで、マイクロミラーによる反射ビームの方向、ひいては所与の時間におけるビーム整形デバイス上のビームの位置が、所与の時間におけるマイクロミラーの向きに基づいて決定され得る。
【００３１】
単一の共振光ファイバーを使用して単一の2軸アクチュエータにより、2-D走査パターンが生成され得る。たとえば、水平軸が一定の振幅正弦波を生成し、垂直軸が正弦波と同じ周波数および振幅を有する余弦波を生成する場合、対称的ファイバーから円が生じ得る。x軸とy軸の両方の走査振幅は、漸進的に減少および/または増大する制御信号によってらせん状走査パターンをもたらすように、漸進的に減少および/または増大し得る。より具体的な例として、水平振動が三角形被振幅変調正弦波であり、垂直振動が三角形被振幅変調余弦波である場合、均等に離間したらせん状走査パターンが生成され得る。
【００３２】
多くのシステムでは、実際の走査パターンは、設計どおりの理想的な走査パターンにならないことがある。たとえば、共鳴ファイバーカンチレバーを使うLIDARシステムでは、共振ファイバーカンチレバーの力学に起因して、走査パターンは理想的な走査パターンからゆがんだものになり得る。したがって、様々なシステムでは、システムの送信機におけるLIDARビームの位置、ひいてはターゲット上のLIDARビームの位置と、システムの受信機上のターゲットからの戻されたビームの対応する位置とを決定することが望ましい。
【００３３】
図2は、送信機における光ビームの位置を決定するためのビームスプリッタを有する例示的なシステム200を示す図である。システム200は、LIDAR、LADAR、または他の同様のシステムであり得る。図1のシステム100に示すように、システム200は、レーザー220、レーザー220からの出力ビームを誘導するためにレーザー220に結合された光ファイバー232、およびレーザー220からの出力レーザービームを走査するように光ファイバー232を刺激するためのアクチュエータ230を含み得る。システム200はまた、レーザービーム252によって示されるようにターゲット260に入射レーザービームを向けるための送信機レンズ250を含む。ターゲット260からの反射レーザービーム262は、受信機レンズ270によって集められ、図1のセンサー120に関して上記で説明したように検出器280に向けられてよい。プロセッサ/コントローラ210は、レーザー220、アクチュエータ230、および検出器280の動作を同期化および制御し、レーザー220およびアクチュエータ230のための制御信号ならびに検出器280によって検出された反射された信号に基づいてターゲット260上の様々な点を分析するために使用され得る。
【００３４】
送信機レンズ250上のレーザービームの位置、ひいてはターゲット260上のレーザービームの位置を検出するために、ビームスプリッタ240およびビーム位置センサー290がシステム200に追加され得る。ビームスプリッタ240は、光ファイバー232からの出力レーザービームを分割し、図2のレーザービーム242によって示されるように光ファイバー232からの出力レーザービームの一部分をビーム位置センサー290に向けることができる。レーザービーム242はビーム位置センサー290に、ビームスプリッタ240によって直接または間接的にミラー244を通じて向けられ得る。ビーム位置センサー290は、レーザービーム242を検出することができる2-D位置感知検出器(PSD)であり得る。プロセッサ/コントローラ210またはビーム位置センサー290は、ビームスプリッタ240または送信機レンズ250上の光ファイバー232からの出力レーザービームの位置を、レーザービーム242を検出するビーム位置センサー290の部分の位置(ピクセル)に基づいて決定し得る。
【００３５】
図2からわかるように、この方法は、高い複雑性、高コスト、および高い較正要求に直面する可能性がある。たとえば、検出器280に加えて個別ビーム位置センサー290が追加されるので、ビーム位置センサー290および検出器280の相対物理ロケーションおよび配向、ならびにビーム位置センサー290と検出器280との間の相対タイミングは、組立てのとき、またはその後で調節または較正される必要があり得る。いくつかのケースでは、較正は、ビーム位置センサー290および検出器280の光学経路または電子特性の変化によって引き起こされる、相対的な位置の変化および時間のシフトにより、定期的に実施される必要があり得る。較正エラーまたはビーム位置センサー290と検出器280との間の相対物理ロケーションまたはタイミング関係の変化により、この方法によって達成される正確さが、高精度LIDARビーム位置判断を要求するいくつかのアプリケーションについては損なわれる場合がある。
【００３６】
さらに、図1および図2によるいくつかの実施形態など、走査されるエリアから単一APD上へ光を集める、FOVが広い光学サブシステムを受信機が含むLIDARシステムでは、太陽または他の干渉物からのからのバックグラウンド放射(たとえば、車のハイビーム光など)が、光学サブシステムのFOVからAPD上へ集められ得る。これは、LIDARシステムの動作範囲、正確さ、および感度に悪影響を与える場合がある。各個々のセンサー要素のFOVが、全システムの合成FOVの断片のみとなるような2-Dセンサーアレイを、受信機上で使うことができ、その結果、システムの信号対ノイズ比が向上され得る。
【００３７】
図3は、2-D APDアレイまたはSPADマイクロセルの2次元アレイを含むSiPMセンサーなどの2次元センサーアレイを使う例示的なLIDARシステム300の簡略化ブロック図を示す。図3に示すように、LIDARシステム300において、光ビームスキャナ310は、たとえば、共振光ファイバーカンチレバーを使って、光ビーム320を、送信機光学サブシステム315を介して環境中へ投射して、たとえば、上述したように、らせん走査パターン330を形成し得る。らせん走査パターン330中の各ドット335は、環境中のターゲット上の、光ビーム320の光スポットに対応する。
【００３８】
受信経路上で、受信機光学サブシステム350は、ターゲットによって反射された、戻されたビームと、様々なソースからのバックグラウンド放射とを、受信機光学サブシステム350の焦点面に集め得る。2-Dセンサーアレイ360は、戻されたビームを検出するように、受信機光学サブシステム350の焦点面上に位置決めされ得る。2-Dセンサーアレイ360は、複数のセンサー要素365を含み得る。投射された走査パターン370の画像が図3に示されており、ここで各楕円パターン375は、受信機光学サブシステム350の焦点面上の2-Dセンサーアレイ360上の、戻されたビームの光スポットを表す。図3に示すように、2-Dセンサーアレイ360上の、戻されたビームの光スポットは、1つまたはいくつかのセンサー要素365上に位置し得るだけである。
【００３９】
コントローラ(図3には示さず)が、1つまたは複数のセンサー要素365からの検出信号を、スイッチまたはマルチプレクサ380を通して、データコンバージョンのためにアナログ−デジタルコンバータ(ADC)390に選択的に接続することができる。コンバートされた検出信号は次いで、戻されたビームの強度、フェーズ、または飛行時間を判断するために、信号プロセッサ395によって処理され得る。
【００４０】
その結果、各個々のセンサー要素のFOVは、全システムの合成FOVの断片にすぎず、したがって、各センサー要素中に集められるノイズ放射の量は低減され、戻されたビームは減衰されない。したがって、システムの全体的信号対ノイズ比(SNR)を向上させることができ、したがって、干渉が存在する場合、測定範囲を増大させ、測定の正確さおよび感度を向上させ、システムをより堅牢にする。
【００４１】
図3に示すように、LIDARシステムにおいて、ターゲットからの戻されたビームの光スポットは、センサー要素の中央を中心としない場合がある。戻されたビームの光スポットは、円形形状、楕円形状、または(たとえば、方形の形状をもつ)センサー要素の形状とは異なる不規則形状であってよい。さらに、図2に関して上述したように、走査パターンは、理想パターンからゆがめられる場合があり、したがって、2-Dセンサーアレイ上の戻されたビームのロケーションは、1つまたは複数のセンサー要素からの検出信号を選択するコントローラには知られない場合がある。図2のビーム位置センサー290などのビーム位置センサーは、送信機光学サブシステム315上での送信された光ビームのロケーション、およびしたがって戻されたビームの推定ロケーションを判断するのに必要とされる場合があり、そうすることによって、コントローラは、対応するセンサー要素から検出信号を選択するか、または対応するセンサー要素を選択的にアクティブ化することができる。ただし、上述したように、余剰ビーム位置センサーを追加すると、LIDARシステムの複雑さおよびコストが増す場合があり、より複雑な較正および/またはより頻繁な再較正が要求される場合がある。
【００４２】
図4は、本開示のいくつかの態様による例示的なLIDARシステム400の簡略化ブロック図を示す。図4において、LIDARシステム400は、複数のセンサー要素465を含む単一2-Dセンサーアレイ460を使う。いくつかのシステムでは、2-Dセンサーアレイ460は、SPADマイクロセルの2-Dアレイを備えるSiPMセンサーを含み得る。SiPMセンサーおよびSPADマイクロセルは、高い単一光子感度、比較的低いコスト、向上した性能、高まったシステム信頼性、および比較的低い設計複雑さにより、LIDARシステムなど、多くの光学システムにおける光電子増倍管チューブ(PMT)、APDおよびPINフォトダイオードと置き換わり得る。SiPMセンサーは、2-Dアレイ中に並べられた複数のSPADマイクロセルを含み得る。SPADマイクロセルは複数のピクセルにグループ化されてよく、各ピクセルは、1つまたは複数のピクセルを含むセンサー表面の一部に投げかけられた光の強度は選択的に読み出すが、他のピクセルによって検出される環境光を除外するために、円、楕円、矩形、または方形など、所望の寸法(Dimension)をもつ所望の形状のエリア中に並べられた1つまたは複数のSPADマイクロセルを含み、このことは、信号干渉またはノイズに寄与し、システムのSNRを低減し得る。
【００４３】
図4に示すように、LIDARシステム400は、レーザービームスキャナ410からのパルス化レーザービームの送信と、送信されたパルス化レーザービームの走査とを制御して、2-D走査パターン(たとえば、らせん)など、所望の走査パターンを生成するレーザービームステアリングコントローラ405を含み得る。レーザービームスキャナ410からの、送信されたパルス化レーザービーム412の小断片は、送信機光学サブシステム430(または別個のビーム分割デバイス(Beam Spitting Device)420)によって参照ビーム422として分割され、2-Dセンサーアレイ460の表面上のエリア462上に向けられてよく、送信されたパルス化レーザービーム412の残り(432)は、送信機光学サブシステム430を通って伝搬し、送信されたパルス化レーザービームが所望の走査パターンで走査されるとき、ターゲットオブジェクト440を照明することができる。ターゲットオブジェクト440によって反射または散乱された、戻されたビーム442は、受信機光学サブシステム450によって集められ、参照ビーム422と戻されたビーム442との間の干渉を最小限にするように、参照ビーム422に対応するエリア462から離間されたエリア中、たとえば、参照ビームの光スポットが位置するエリア462とは反対のエリア464中など、同じ2-Dセンサーアレイ460の表面上に向けられ得る。
【００４４】
パルス化レーザービーム(412、432、および442を含む)のToFを使って、LIDARシステム400からのターゲットオブジェクト440の距離を測定するために、戻されたビーム442が2-Dセンサーアレイ460によって検出される時間およびパルス化レーザービームが環境中へ送信された時間(または、レーザービームスキャナ410と送信機光学サブシステム430との間の距離が短いので、参照ビームが2-Dセンサーアレイ460によって検出される時間)が、様々なタイミング測定回路を使う様々な方法によって測定され得る。
【００４５】
いくつかの実装形態では、タイミング測定は、1つまたは複数の時間−デジタルコンバータ(TDC)を使って実施され得る。TDCを使うLIDARシステムでは、センサー要素またはセンサー要素のグループからの検出信号がいくつかの値を超えると、特定のカウンタがアクティブ化され得るように、あらかじめ定義された閾値のセットが、1つまたは複数の時間カウンタの開始および/または停止をトリガするのに使われ得る。TDCは、システムアーキテクチャが比較的単純であってよく、実装するのが比較的容易であり得る。ただし、TDCを使用すると、戻されたビームまたは参照ビームについての情報の損失が生じる場合がある。たとえば、戻されたビームの強度など、戻されたビームのタイミング情報以外の情報が、ターゲットオブジェクトの特性を判断するために有用な場合がある。TDCは、戻されたビームの強度を測定するために、十分に正確でない場合がある。さらに、たとえば、木の枝、雨からの水滴など、複数のオブジェクトが光路中に存在し得るケースでは、TDCは、センサー要素からの検出信号中の、利用可能な他の有用情報を抽出することができない場合がある。
【００４６】
いくつかの実装形態では、タイミング測定は、1つまたは複数のADCを用いて実施され得る。ADCは、センサー要素からの検出信号から情報を抽出するための、より優れたやり方を提供し得る。ただし、いくつかの例では、LIDARシステムにおいて使われるADCは、たとえば、毎秒約数ギガサンプル(GSPS)の速度において、かなり高い性能を有する必要があり得る。GSPS ADCの例は、インターリーブされたアーキテクチャを使うADCを含み得る。いくつかのシステムでは、8ビットフラッシュADCなど、比較的低い分解能をもつADCが使われてよい。
【００４７】
図4に示すように、たとえば、レーザービームステアリングコントローラ405からのレーザービーム走査制御信号に基づいて、センサーコントローラ480が、参照ビーム422用のエリア462など、2-Dセンサーアレイ460(たとえば、SiPMセンサー)上の、参照ビームの光スポットのロケーションを推定し得る。センサーコントローラ480は次いで、エリア462を含むエリア中のSPADマイクロセルを選択し、これらのSPADマイクロセルを、デマッピング回路482を通してアクティブ化すればよい。これらのSPADマイクロセルからの検出信号は、参照ビーム422を検出するために、第1のADC/TDC470に与えられ得る。第1のADC/TDC470からの出力は、閾値よりも大きい信号を生成するSPADマイクロセルのロケーションと、信号が検出される時間とを示し得る。第1のADC/TDC470からの出力に基づいて、センサーコントローラ480は、参照ビーム422の光スポットの実際のロケーションおよび/またはパターンを判断することができる。参照ビームの詳細な強度情報は必要とされなくてよいことに留意されたい。
【００４８】
参照ビーム422の光スポットの実際のロケーションおよび/またはパターンが判断された後、アクティブ化されたSPADマイクロセルが非アクティブ化され得る。センサーコントローラ480は次いで、参照ビーム422の光スポットの実際のロケーションおよび/またはパターンと、たとえば、参照ビームの光スポットのロケーションと、対応する戻されたビームの光スポットのロケーションとの間の事前測定された、または較正された関係とに基づいて、戻されたビーム442の光スポットの推定ロケーションおよびパターンを判断することができる。センサーコントローラ480は次いで、ピクセルを形成するために、戻されたビーム442の光スポットの推定ロケーションおよびパターンに基づいて、SPADマイクロセルのグループを選択し、選択されたSPADマイクロセルを、別のデマッピング回路484を通してアクティブ化すればよい。デマッピング回路484によってアクティブ化されたSPADマイクロセルからの検出信号は次いで、加算回路486によって足し合わされ、第2のADC/TDC488へ送られてよい。第2のADC/TDC488は、検出信号を前処理し、閾よりも大きい信号が検出される時間と、検出された戻されたビームの強度とを判断し得る。いくつかの実装形態では、デマッピング回路484とデマッピング回路482は同じ回路であってよい。いくつかの実装形態では、第1のADC/TDC470と第2のADC/TDC488は同じADC/TDC回路であってよく、多重化回路は、ADC/TDC回路への入力を選択するのに使うことができ、というのは、所与のときに、センサー要素(たとえば、参照ビーム用のSPADマイクロセルまたは戻されたビーム用のSPADマイクロセル)のただ1つのセットがアクティブ化され得るからである。
【００４９】
パルス化レーザービームが送信される時間または参照ビームが検出される時間(たとえば、第1のADC/TDC470によって判断される)、戻されたビームが検出される時間(たとえば、第2のADC/TDC488によって判断される)、および検出された戻されたビームの強度は、ターゲットオブジェクトの距離ならびにターゲットオブジェクトの反射率および/または材料など、他の特性を判断するために、戻りビーム分析器490によって分析され得る。
【００５０】
パルス化レーザービームが、設計された走査パターンに従って走査すると、2-Dセンサーアレイ460上の、参照ビームおよび対応する戻されたビームの光スポットのロケーションが変わり得る。たとえば、送信された光ビーム414は、送信機光学サブシステム430(または別個のビーム分割デバイス420)によって、参照ビーム424として2-Dセンサーアレイ460の表面上のエリア466上へ部分的に反射され得るが、送信された光ビーム414の残り(434)は、送信機光学サブシステム430を通して伝搬し、ターゲットオブジェクト440を照明し得る。ターゲットオブジェクト440によって反射されるか、またはそうでなければ戻された、戻されたビーム444は、受信機光学サブシステム450によって集められ、参照ビーム424に対応するエリア466から離間されたエリア中、たとえば、参照ビーム424の光スポットが位置するエリア466とは反対のエリア468中など、2-Dセンサーアレイ460の表面上へ向けられ得る。エリア466または468中のSPADマイクロセルは、参照ビーム422および戻されたビーム442に関して上述したように、ピクセルに選択的にグループ化され、アクティブ化され得る。
【００５１】
2-D SPADマイクロセルを含むSiPMセンサーを使う具体例について、上で、または本開示の他の箇所で記載されるが、これらの例は例示目的にすぎず、これらの具体例に本開示を限定することは意図していないことに留意されたい。様々な実装形態では、2-D APDセンサーアレイなど、他のセンサーアレイが使われてよい。
【００５２】
図5は、光ビーム走査中のセンサーアレイ上の、例示的な参照ビームおよび対応する戻されたビームを示す。図6は、図5に示す例示的な参照ビームおよび戻されたビームなどの参照ビームおよび戻されたビームを検出するための、センサーアレイ上の選択的にアクティブ化されたセンサー要素からの出力信号の例示的な波形を示す。
【００５３】
図5および図6に示すように、時間tnにおいて、またはその前に、時間tnにおいて参照ビームnの光スポットが位置し得る2-Dセンサーアレイの推定エリア(たとえば、エリア520を含むエリア)中の参照スポットSPADマイクロセルのセット(たとえば、SPADマイクロセル512の2-DアレイをもつSiPMセンサー510)が、ピクセルとしてグループ化され、選択的にアクティブ化され得る。エリアは、レーザービームステアリング信号に基づいて判断され得る。これらの参照スポットSPADマイクロセルがアクティブ化されると、SiPMセンサー510のSPADマイクロセルの残りは、戻されたビームと参照ビームとの間の干渉を低減するように、非アクティブ化され得る。
【００５４】
ステアリング信号のフェーズおよび振幅歪みならびにステアリング信号に対する走査機構の非理想的応答により、SiPMセンサー510の表面上の、参照ビームnの実際のロケーションは、適用されたステアリング信号に基づく予想エリアから逸脱し得る。したがって、アクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルは、レーザービームステアリング信号に基づいて判断された推定エリアを含むが、それよりも大きいエリアをカバーし得る。
【００５５】
時間tnにおいて、参照ビームnの光スポットは、SiPMセンサー510上のエリア520に位置し得る。参照ビームnは、参照スポットSPADマイクロセルからの出力信号の波形610中のパルス612によって示されるように、アクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルによって検出され得る。アクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルは、時間tn+wにおいて、またはアクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルによって参照ビームがそれ以上検出されなくなった後、非アクティブ化され得る。参照スポットSPADマイクロセルの出力に基づいて、参照ビームnの光スポットの実際のロケーションおよび/またはパターンならびに対応する戻されたビームnの推定ロケーションおよび/またはパターンが、図4に関して上述したように判断され得る。
【００５６】
時間遅延の後、時間tn+Δにおいて、戻りスポットSPADマイクロセル(たとえば、エリア525を含むエリア中のSPADマイクロセル)のセットが、ピクセルを形成するために選択され、戻されたビームnの推定ロケーションおよび/またはパターンならびに参照ビームおよび戻されたビームのロケーションの間の事前測定された、または較正された関係に基づいて、アクティブ化され得る。LIDARシステム400などのLIDARシステムの送信機光学サブシステムおよび受信機光学サブシステムは、エリア520とエリア525が離間される、たとえば、図5に示すSiPMセンサー510の中心515に対してSiPMセンサー510の反対側に位置する、ように構成され得る。したがって、参照ビームと戻されたビームとの間の干渉は、最小限にするか、または除去することができ、というのは、参照スポットSPADマイクロセルと戻りスポットSPADマイクロセルは、重なっておらず、かつ/または参照スポットと戻りスポットが互いに接近していたとしても、異なる時間にアクティブ化されるからである。
【００５７】
時間tn+Δと時間tn+1との間に、アクティブ化された戻りスポットSPADマイクロセルからの出力の波形620によって示されるように、戻されたビームnが、アクティブ化された戻りスポットSPADマイクロセルによって検出され得る。図6に示すように、時間tn+Δと時間tn+1との間に、閾値を上回る2つのパルス622および624が検出され得る。パルス622および624は、異なる形状、持続時間、フェーズ、または振幅を有してよく、たとえば、木の枝など、光路中の複数のオブジェクト、または2つ以上のオブジェクトの間の境界に位置する走査用光ビームによって引き起こされる場合がある。たとえば、パルス612のタイミング情報とともに、パルス622および624のタイミング情報、形状、持続時間、フェーズ、または振幅に基づいて、戻されたビームnを引き起こすターゲットオブジェクトの距離および/または他の特性が判断され得る。時間tn+1の後、アクティブ化された戻りスポットSPADマイクロセルは非アクティブ化され得る。
【００５８】
同様に、時間tn+1において、またはその前に、時間tn+1において参照ビームn+1の光スポットが位置し得るSiPMセンサー510の推定エリア(たとえば、エリア530を含むエリア)中の参照スポットSPADマイクロセルの異なるセットが、ピクセルとしてグループ化され、選択的にアクティブ化され得る。これらの参照スポットSPADマイクロセルがアクティブ化されると、SiPMセンサー510のSPADマイクロセルの残りは、戻されたビームと参照ビームとの間の干渉を低減するように、非アクティブ化され得る。
【００５９】
時間tn+1において、参照ビームn+1の光スポットは、SiPMセンサー510上のエリア520からエリア530へ時計回りに動き得る。参照ビームn+1は、波形610中のパルス614によって示されるように、アクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルによって検出され得る。アクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルは、時間tn+1+wにおいて、またはアクティブ化された参照スポットSPADマイクロセルによって参照ビームがそれ以上検出されなくなった後、非アクティブ化され得る。参照スポットSPADマイクロセルの出力に基づいて、参照ビームn+1の光スポットの実際のロケーションおよび/またはパターンならびに対応する戻り光ビームn+1の推定ロケーションおよび/またはパターンが、図4に関して上述したように判断され得る。
【００６０】
時間遅延の後、時間tn+1+Δにおいて、戻りスポットSPADマイクロセル(たとえば、エリア525から時計回りに動かされた、エリア535を含むエリア中のSPADマイクロセル)の異なるセットが、戻り光ビームn+1の推定ロケーションおよび/またはパターンに基づいてピクセルを形成するために選択され、アクティブ化され得る。LIDARシステムの送信機光学サブシステムおよび受信機光学サブシステムは、エリア530とエリア535が離間される、たとえば、図5に示すSiPMセンサー510の中心515に対してSiPMセンサー510の反対側に位置する、ように構成され得る。このようにして、参照ビームと戻されたビームとの間の干渉が最小限にされ得る。
【００６１】
時間tn+1+Δと時間tn+2との間に、波形620によって示されるように、戻されたビームn+1が、アクティブ化された戻りスポットSPADマイクロセルによって検出され得る。図6に示すように、時間tn+1+Δと時間tn+2との間に、閾値を上回るパルス626が検出され得る。時間tn+2の後、アクティブ化された戻りスポットSPADマイクロセルは非アクティブ化され得る。たとえば、パルス614のタイミング情報とともに、パルス626のタイミング情報、形状、持続時間、フェーズ、または振幅に基づいて、戻されたビームn+1を引き起こすターゲットオブジェクトの距離および/または他の特性が判断され得る。
【００６２】
図5に示すように、戻されたビームと比較して、参照ビームは、より短い距離を移動する場合があり(したがって、より少ない拡散)、ターゲットオブジェクトによって反射されない(したがって、より少ない散乱)ので、参照ビームの光スポットは、反射された光ビームの光スポットよりも小さい場合があり、反射されたビームよりも予測可能なパターンを有し得る。異なる数およびパターンのSPADマイクロセルをもつピクセルが、対応する光スポットの推定ロケーションおよびパターンに基づいて相応に選択され、アクティブ化され得る。
【００６３】
様々な実装形態では、SiPMセンサーの各ピクセルは、円、楕円、矩形、または方形など、所望の形状のエリア中に並べられた複数のSPADマイクロセルを含み得る。たとえば、一例では、SiPMセンサーの各ピクセルは、方形に並べられた20×20個のSPADマイクロセルを含み得る。いくつかの実装形態では、ピクセルのロケーション、サイズ、および形状は動的に判断されてよく、対応するSPADマイクロセルは動的に選択されてよい。言い換えると、第1の時間期間に選択された、あるピクセルのサイズまたは形状は、異なる時間期間に選択された別のピクセルのサイズまたは形状とは異なり得る。
【００６４】
所与の瞬間に参照ビームまたは戻されたビームによって照明され得る2-Dセンサーアレイのセンサー要素(たとえば、SiPMセンサー中のSPADマイクロセル)が推定され得るので、所与のときに参照ビームまたは戻されたビームによって照明されなくてよい他のセンサー要素は、有用な情報を提供することができないので、非アクティブ化され得る。このようにして、SPADマイクロセルの断片のみがアクティブ化され、対応する出力信号が処理されるので、SiPMの電力消費を削減することができ、データ処理の量も削減することができる。
【００６５】
本開示のいくつかの態様によるLIDARシステムによって、いくつかの他の利点が達成され得る。たとえば、戻されたビームについての検出信号のSNRが向上され得るが、これは、そうでなければ非アクティブ化されたSPADマイクロセルによって収集および検出されるはずのほとんどのバックグラウンド放射および他のノイズが、これらのSPADマイクロセルを非アクティブ化することによって排除されることが可能であり、したがって、総ノイズを削減すると同時に、ターゲットオブジェクトからの所望の戻されたビームの強度は影響されなくてよいからである。向上したSNR性能により、より長い範囲および/またはより優れた信号正確さ/感度が、そのようなLIDARシステムを使って達成され得る。
【００６６】
さらに、LIDARシステムの複雑さが低減され得る。たとえば、ただ1つの2-Dセンサーアレイが使われればよく、したがって、システムの組立て、整列、および較正がより容易になり得る。さらに、いくつかの実装形態では、所与のときに、センサー要素(たとえば、参照スポットSPADマイクロセルまたは戻りスポットSPADマイクロセル)のただ1つのセットがアクティブ化され得るので、ただ1つのADC/TDCが必要とされ得る。
【００６７】
いくつかの実施形態では、2-Dセンサーアレイはまた、たとえば、レーザービームスキャナ410、送信機光学サブシステム430および/または使われる場合は別個のビーム分割デバイス420、受信機光学サブシステム450、ならびに2-Dセンサーアレイ自体を含む、送信経路および/または受信経路の較正/再較正を実施するために使われ得る。システムの較正がある程度の時間オフになると、レーザービームの実際の方向は、予想されるものとは異なり得る。システムを再較正するために、レーザービームステアリングコントローラ405は、パルス化レーザービームを特定の方向に送信するように、レーザービームスキャナ410を制御すればよい。2-Dセンサーアレイ460中のセンサー要素の全部または推定部分を走査することによって、参照ビームまたは戻されたビームを実際に検出するセンサー要素が判断され得る。レーザービームステアリング信号、対応する走査方向、対応する参照ビームの光スポットのロケーションおよび/またはパターンの間の関係、ならびに対応する戻されたビームの光スポットのロケーションおよび/またはパターンが判断され得る。一連の走査方向についての較正を実施することができ、様々な内挿または外挿技法などの技法が、他の走査方向、ならびに較正中に測定されていない対応する参照ビームおよび戻されたビームの間の関係を判断するのに使われ得る。
【００６８】
図7は、LIDARシステムにおける、参照ビームおよびターゲットからの対応する戻されたビームを測定するための例示的方法を示すフローチャート700である。開示する方法がLIDARシステム以外のシステム、たとえば、検査システムにおいて使用されてよいことに留意されたい。
【００６９】
ブロック710において、参照ビームに対応する第1のセンサー要素のセットが、たとえば、レーザービーム走査制御信号に基づいて、2-Dセンサーアレイ上で選択的にアクティブ化され得る。参照ビームは、LIDARシステムの送信機光学サブシステム(たとえば、送信機光学サブシステム430)または別個のビーム分割デバイス(たとえば、ビーム分割デバイス420)によって反射されるか、またはそうでなければ戻された、送信されたビームの一部分であってよい。いくつかの実施形態では、第1のセンサー要素のセットは、レーザービーム走査制御信号と、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの対応する予想ロケーションおよび/またはパターンとの間の所定または較正された関係を使って選択され得る。センサー要素の数および第1のセンサー要素のセットの空間的配置は、異なるレーザービーム走査制御信号または異なる走査方向に対して変わり得る。第1のセンサー要素のセットがアクティブ化されると、2-Dセンサーアレイの他のセンサー要素は、オフにされ、非アクティブ化され、またはスリープもしくはスタンバイモードにされる。様々な実施形態では、ブロック710における機能を実施するための手段は、限定はしないが、たとえば、図4のセンサーコントローラ480、デマッピング回路482、および2-Dセンサーアレイ460、または図8に示し、以下で詳細に説明するコンピューティングシステム800を含み得る。
【００７０】
ブロック720において、第1のセンサー要素のセットからの検出信号が、たとえば、図4のセンサーコントローラ480によって受信され得る。第1のセンサー要素のセットからの検出信号は、センサーコントローラ480に送られる前に、たとえば、上述した図4のADC/TDC470によって前処理され得る。いくつかの実施形態では、各センサー要素(たとえば、SPADマイクロセル)からの検出信号は、個々に送信され、処理され得る。第1のセンサー要素のセットはピクセルにグループ化されてもよく、第1のセンサー要素のセットからの累積検出信号は、一緒に送信され、処理され得る。様々な実施形態では、ブロック720における機能を実施するための手段は、限定はしないが、たとえば、図4のセンサーコントローラ480、ADC/TDC470、および2-Dセンサーアレイ460、または図8に示し、以下で詳細に説明するコンピューティングシステム800を含み得る。
【００７１】
ブロック730において、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームの実際のロケーションが、検出信号に基づいて、たとえば、参照ビームを検出するセンサー要素のロケーションに基づいて判断され得る。様々な実施形態では、ブロック730における機能を実施するための手段は、限定はしないが、たとえば、図4のセンサーコントローラ480、または図8に示し、以下で詳細に説明するコンピューティングシステム800を含み得る。
【００７２】
ブロック740において、2-Dセンサーアレイ上の、戻されたビームの推定ロケーションが、たとえば、図4のセンサーコントローラ480または図8に示すとともに以下で詳しく説明するコンピューティングシステム800によって、参照ビームの判断された実際のロケーションに基づいて判断され得る。戻されたビームは、参照ビームに対応し、送信されたビームによって照明されるターゲットオブジェクトによって反射されるか、またはそうでなければ戻され得る。LIDARシステムの光学システムは、2-Dセンサーアレイ上の、参照ビームのロケーションおよび2-Dセンサーアレイ上の戻されたビームのロケーションが離間される、たとえば、2-Dセンサーアレイの中心に対して2-Dセンサーアレイの反対側に位置する、ように構成され得る。いくつかの実施形態では、2-Dセンサーアレイ上の、対応する戻されたビームの光スポットのパターンも推定され得る。様々な実施形態において、対応する戻されたビームの推定ロケーションおよびパターンは、戻りビームのロケーションと参照ビームのロケーションとの間の所定の(たとえば、事前測定された、または較正された)関係に基づいて判断され得る。
【００７３】
ブロック750において、2-Dセンサーアレイの第2のセンサー要素のセットが、対応する戻されたビームの推定ロケーションに基づいて選択的にアクティブ化され得る。上述したように、センサー要素の数および第2のセンサー要素のセットの空間的配置は変わり得る。たとえば、第2のセンサー要素のセットは、円、楕円、矩形、または方形など、所望の寸法をもつ所望の形状のエリア中に並べられてよい。第2のセンサー要素のセットは、戻されたビームの推定ロケーションよりも大きいエリアをカバーすることができる。様々な実施形態では、ブロック750における機能を実施するための手段は、限定はしないが、たとえば、図4のセンサーコントローラ480、デマッピング回路484、および2-Dセンサーアレイ460、または図8に示し、以下で詳細に説明するコンピューティングシステム800を含み得る。
【００７４】
図7が、動作を逐次プロセスとして説明することがあるが、動作の一部は、並行にまたは同時に実施され得ることに留意されたい。加えて、動作の順序は並べ替えられてよい。動作は、図中に含まれない追加のステップを有することもある。いくつかの動作は随意であってよく、そのため様々な実施形態では省略され得る。1つのブロックにおいて説明されるいくつかの動作は、別のブロックにおける動作とともに実施され得る。さらに、方法の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、ミドルウェア、マイクロコード、ハードウェア記述言語、またはこれらの任意の組合せで実装され得る。
【００７５】
たとえば、図7には示さないとしても、第2のセンサー要素のセットからの検出信号は、図4に関して上述したように、合計され、ADC/TDC回路によって前処理され、戻りビーム分析器に送られてよい。戻されたビームおよび/または参照ビームのタイミング情報および/または強度情報が、第2のセンサー要素のセットからの検出信号および/または第1のセンサー要素のセットからの検出信号から抽出され得る。第2のセンサー要素のセットからの検出信号のタイミング情報および強度情報、ならびに第1のセンサー要素のセットからの検出信号のタイミング情報(またはレーザービームステアリングコントローラ405などのレーザービームステアリングコントローラからの送信されたビームのタイミング情報)は、ターゲットオブジェクトの反射率および/または材料など、送信されたビームを2-Dセンサーアレイへ戻させたターゲットオブジェクトの距離および/または他の特性を判断するのに使われ得る。
【００７６】
図8は、本明細書で説明する例のうちのいくつかを実装するための例示的なコンピューティングシステム800の構成要素を示す。たとえば、コンピューティングシステム800は、図2のプロセッサ/コントローラ210、図3の信号プロセッサ395、または図4のレーザービームステアリングコントローラ405、センサーコントローラ480、もしくは戻りビーム分析器490として使われ得る。図8は様々な構成要素の一般化された例示を提供することが意図されているにすぎず、それらの構成要素のいずれかまたはすべては適宜に利用され得ることに留意されたい。さらに、システム要素は、比較的分離された形または比較的より統合された形で実装され得る。
【００７７】
バス805を介して電気的に結合可能な(または、そうでない場合、必要に応じて、通信することが可能な)ハードウェア要素を含むコンピューティングシステム800が示される。ハードウェア要素は、プロセッサ810、1つまたは複数の入力デバイス815、および1つまたは複数の出力デバイス820を含み得る。入力デバイス815は、限定はしないが、カメラ、タッチスクリーン、タッチパッド、マイクロフォン、キーボード、マウス、ボタン、ダイヤル、スイッチなどを含むことができる。出力デバイス820は、限定はしないが、ディスプレイデバイス、プリンタ、LED、スピーカーなどを含み得る。
【００７８】
プロセッサ810は、限定はしないが、1つもしくは複数の汎用プロセッサ、1つもしくは複数の(デジタル信号処理(DSP)チップ、グラフィックアクセラレーションプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)などの)専用プロセッサ、および/または本明細書で説明する方法のうちの1つもしくは複数を実施するように構成され得る他の処理構造もしくは手段を含み得る。
【００７９】
コンピューティングシステム800はまた、ワイヤード通信サブシステム830およびワイヤレス通信サブシステム833を含むことができる。ワイヤード通信サブシステム830およびワイヤレス通信サブシステム833は、限定はしないが、モデム、ネットワークインターフェース(ワイヤレス、ワイヤード、両方、もしくはそれらの他の組合せ)、赤外線通信デバイス、ワイヤレス通信デバイス、および/または(Bluetooth(登録商標)デバイス、国際電気電子技術者協会(IEEE802.11)デバイス(たとえば、本明細書で説明するIEEE802.11規格のうちの1つもしくは複数を利用するデバイス)、WiFiデバイス、WiMaxデバイス、セルラー通信設備などの)チップセットなどを含むことができる。ネットワークインターフェースのサブ構成要素は、コンピューティングシステム800のタイプに応じて変わり得る。ワイヤード通信サブシステム830およびワイヤレス通信サブシステム833は、データがデータネットワーク、ワイヤレスアクセスポイント、他のコンピュータシステム、および/または本明細書で説明する任意の他のデバイスと交換されることを可能にする、1つまたは複数の入力および/または出力の通信インターフェースを含む場合がある。
【００８０】
所望の機能性に応じて、ワイヤレス通信サブシステム833は、ワイヤレスワイドエリアネットワーク(WWAN)、ワイヤレスローカルエリアネットワーク(WLAN)、またはワイヤレスパーソナルエリアネットワーク(WPAN)などの異なるデータネットワークおよび/またはネットワークタイプと通信することを含み得る、トランシーバ基地局ならびに他のワイヤレスデバイスおよびアクセスポイントと通信するための別個のトランシーバを含み得る。WWANは、たとえば、WiMax(IEEE802.16)ネットワークであってよい。WLANは、たとえば、IEEE802.11xネットワークであってもよい。WPANは、たとえば、Bluetooth(登録商標)ネットワーク、IEEE802.15x、または何らかの他のタイプのネットワークであってもよい。本明細書内で説明される技法は、WWAN、WLAN、および/またはWPANの任意の組合せに関しても使用され得る。
【００８１】
図8のコンピューティングシステム800は、バス805上の様々な構成要素を同期化するための信号を生成することができる、バス805上のクロック850を含み得る。クロック850は、LC発振器、水晶発振器、リング発振器、クロック分周器もしくはクロックマルチプレクサなどのデジタルクロック発生器、位相ロックループ、または他のクロック生成器を含み得る。クロックは、本明細書で説明する技法を実施する一方で、他のデバイス上の対応するクロックと同期する(または実質的に同期する)ことができる。
【００８２】
コンピューティングシステム800は、限定はしないが、ローカルおよび/またはネットワークアクセス可能ストレージを含むことができ、かつ/あるいは限定はしないが、ディスクドライブ、ドライブアレイ、光記憶デバイス、プログラム可能、フラッシュ書換え可能であるものとしてよい、ランダムアクセスメモリ(RAM)および/もしくは読み取り専用メモリ(ROM)などのソリッドステート記憶デバイス、ならびに/または同様のものを含むことができる、1つまたは複数の非一時的な記憶デバイス825を、さらに備える(かつ/または通信する)ことができる。そのような記憶デバイスは、限定はしないが、様々なファイルシステム、データベース構造などを含む、任意の適切なデータストアを実装するように構成され得る。たとえば、記憶デバイス825は、本明細書における実施形態に記載したように、検出された信号と、較正結果と、レーザービームステアリング信号、センサーアレイ上の、参照ビームのロケーション、およびセンサーアレイ上の、戻されたビームのロケーションの間の所定または較正された関係とを記憶するように構成されたデータベース827(または他のデータ構造)を含み得る。
【００８３】
多くの実施形態では、コンピューティングシステム800は、上述したように、RAMデバイスまたはROMデバイスを含むことができる作業メモリ835をさらに含み得る。作業メモリ835内に現在配置されているように示されているソフトウェア要素は、オペレーティングシステム840、デバイスドライバ、実行可能ライブラリ、および/または1つもしくは複数のアプリケーションプログラム845などの他のコードを含むことができ、1つまたは複数のアプリケーションプログラム845は、様々な実施形態によって提供されるソフトウェアプログラムを含んでもよく、ならびに/または、図7に関して説明した方法のいくつかまたはすべてなどの、本明細書で説明するような他の実施形態によって提供される方法を実装する、および/もしくはシステムを構成するように設計されてもよい。単に例として、上記で説明した方法に関して述べる1つまたは複数の手順は、コンピュータ(および/またはコンピュータ内のプロセッサ)によって実行可能なコードおよび/または命令として実装されてよい。ある態様では、そのようなコードおよび/または命令は、説明する方法に従って1つまたは複数の動作を実施するように汎用コンピュータ(または他のデバイス)を構成し、かつ/または適合させるために使用され得る。
【００８４】
これらの命令のセットおよび/またはコードは、上記で説明した非一時的記憶デバイス825などの非一時的コンピュータ可読記憶媒体上に記憶され得る。いくつかのケースでは、記憶媒体は、コンピューティングシステム800などのコンピューティングシステム内に組み込まれ得る。他の実施形態では、記憶媒体は、記憶媒体がその上に記憶された命令/コードを用いて汎用コンピュータをプログラムする、構成する、および/または適合させるために使用され得るように、コンピュータシステムとは別個であってもよく(たとえば、フラッシュドライブなどの取外し可能媒体)、および/またはインストールパッケージにおいて提供されてもよい。これらの命令は、コンピューティングシステム800によって実行可能な実行可能コードの形をとることがあり、かつ/または、ソースおよび/もしくはインストール可能コードの形をとることがあり、その場合、このソースおよび/またはインストール可能コードは、コンパイル時および/またはコンピューティングシステム800へのインストール時(たとえば、様々な一般に利用可能なコンパイラ、インストールプログラム、圧縮/圧縮解除ユーティリティなどのうちのいずれかを使用する)に、実行可能コードの形をとる。
【００８５】
特定の要件に従って、実質的な変更が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。たとえば、カスタマイズされたハードウェアが使用される場合もあり、かつ/または、特定の要素は、ハードウェア、ソフトウェア(アプレットなどのポータブルソフトウェアを含む)、もしくは両方において実装される場合がある。さらに、ネットワーク入力/出力デバイスなど、他のコンピューティングデバイスへの接続が利用される場合がある。
【００８６】
添付図面を参照すると、メモリを含むことができる構成要素は、非一時的機械可読媒体を含むことができる。本明細書で使用する「機械可読媒体」および「コンピュータ可読媒体」という用語は、機械に特定の様式で動作させるデータを提供することに関与する任意の記憶媒体を指す。上記で提供した実施形態では、様々な機械可読媒体が、実行のためにプロセッサおよび/または他のデバイスに命令/コードを提供することに関与する場合がある。追加または代替として、機械可読媒体は、そのような命令/コードを記憶および/または携帯するために使用される場合がある。多くの実施形態では、コンピュータ可読媒体は、物理的および/または有形の記憶媒体である。そのような媒体は、限定はしないが、不揮発性媒体、揮発性媒体、および送信媒体を含む、数多くの形をとり得る。コンピュータ可読媒体の一般的な形は、たとえば、磁気媒体および/もしくは光媒体、パンチカード、紙テープ、穴のパターンを有する任意の他の物理媒体、RAM、プログラム可能読み取り専用メモリ(PROM)、消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EPROM)、フラッシュEPROM、任意の他のメモリチップもしくはメモリカートリッジ、本明細書内で後で説明される搬送波、またはコンピュータが命令および/もしくはコードを読み取ることができる任意の他の媒体を含む。
【００８７】
本明細書で説明した方法、システム、およびデバイスは、例である。様々な実施形態が、適宜、様々な手順または構成要素を省略し、置換し、または追加し得る。たとえば、いくつかの実施形態に関して説明した特徴を、様々な他の実施形態に組み合わせることができる。実施形態の異なる態様および要素は、同じように組み合わせることができる。本明細書に提供される図の様々な構成要素は、ハードウェアおよび/またはソフトウェアで具体化することができる。また、技術は進化し、したがって、要素の多くは、本開示の範囲をそれらの特定の例に限定しない例である。
【００８８】
主に一般的な用法という理由で、そのような信号をビット、情報、値、要素、シンボル、文字、変数、項、数字、数値などと呼ぶことは、時として好都合であることがわかっている。しかしながら、これらの用語または同様の用語のすべてが、適切な物理量に関連付けられるべきであり、便宜的な呼び方にすぎないことは理解されたい。別段に明記されていない限り、上の説明から明らかなように、本明細書全体にわたって、「処理する」、「算出する」、「計算する」、「判断する」、「確認する」、「識別する」、「関連付ける」、「測定する」、「実施する」などの用語を利用する説明は、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスのような、特定の装置のアクションまたはプロセスを指すことを諒解されたい。したがって、本明細書の文脈では、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスは、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスのメモリ、レジスタ、もしくは他の情報記憶デバイス、送信デバイス、またはディスプレイデバイス内の物理的な電子量、電気量、または磁気量として一般に表される信号を操作または変換することが可能である。
【００８９】
当業者は、本明細書で説明するメッセージを通信するために使用される情報および信号が、様々な異なる技術および技法のいずれかを使用して表されてよいことを諒解されよう。たとえば、上記の説明全体にわたって言及されることがあるデータ、命令、コマンド、情報、信号、ビット、シンボル、およびチップは、電圧、電流、電磁波、磁場もしくは磁性粒子、光場もしくは光学粒子、またはそれらの任意の組合せによって表されてよい。
【００９０】
本明細書で使用する「および」、「または」、および「および/または」という用語は、そのような用語が使用される文脈に少なくとも部分的に依存することも予想される、様々な意味を含む場合がある。一般に、「または」がA、BまたはCなどのリストを関連付けるために使用される場合、ここで包含的な意味で使用されるA、B、およびCを意味し、ならびにここで排他的な意味で使用されるA、BまたはCを意味するものとする。加えて、本明細書で使用する「1つまたは複数」という用語は、単数の任意の特徴、構造もしくは特性について説明するために使用される場合があるか、または、特徴、構造もしくは特性の何らかの組合せについて説明するために使用される場合がある。しかしながら、これは例示的な例にすぎず、特許請求される主題がこの例に限定されないことに留意されたい。さらに、「のうちの少なくとも1つ」という用語は、A、B、またはCなどのリストを関連付けるために使用される場合に、A、AB、AA、AAB、AABBCCCなどの、A、B、および/またはCの任意の組合せを意味すると解釈され得る。
【００９１】
本明細書の全体で、「一例」、「ある例」、「いくつかの例」または「例示的な実装形態」への言及は、特徴および/または例に関して説明する特定の特徴、構造物または特性が、特許請求される主題の少なくとも1つの特徴および/または例に含まれ得ることを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所で現れる、「一例では」、「ある例」、「いくつかの例では」、または「いくつかの実施態様では」または他の同様の語句は、すべてが同一の特徴、例、および/または限定を指すものであるとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、1つまたは複数の例および/または特徴において組み合わされ得る。
【００９２】
本明細書に含まれる詳細な説明のいくつかの部分は、特定の装置または専用コンピューティングデバイスもしくはプラットフォームのメモリ内に記憶された2値デジタル信号に対する演算のアルゴリズムまたは記号表現に関して提示され得る。この特定の明細書のコンテキストでは、特定の装置などの用語は、プログラムソフトウェアからの命令に従って特定の動作を実施するようにプログラムされた後の汎用コンピュータを含む。アルゴリズムの説明または記号表現は、信号処理または関連技術の当業者が、自身の仕事の本質を他の当業者に伝達するために使用する技法の例である。アルゴリズムは、本明細書では、また一般に、所望の結果をもたらす自己矛盾のない一連の演算または同様の信号処理であると考えられる。このコンテキストでは、演算または処理は物理量の物理的操作を伴う。必須ではないが通常、そのような量は、記憶、転送、結合、比較、または他の方法で操作されることが可能な、電気的または磁気的な信号の形をとることがある。主に一般的な用法という理由で、そのような信号をビット、データ、値、要素、シンボル、文字、項、数字、数値などと呼ぶことは、時として好都合であることがわかっている。しかしながら、これらの用語または同様の用語のすべてが、適切な物理量に関連付けられるべきであり、便宜的な呼び方にすぎないことは理解されたい。別段に明記されていない限り、本明細書の説明から明らかなように、本明細書全体にわたって、「処理する」、「算出する」、「計算する」、「判断する」などの用語を利用する説明は、専用コンピュータ、専用コンピューティング装置、または同様の専用電子コンピューティングデバイスのような、特定の装置のアクションまたはプロセスを指すことを諒解されたい。したがって、本明細書の文脈では、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスは、専用コンピュータまたは同様の専用電子コンピューティングデバイスのメモリ、レジスタ、もしくは他の情報記憶デバイス、送信デバイス、またはディスプレイデバイス内の物理的な電子量または磁気量として一般に表される信号を操作または変換することが可能である。
【００９３】
上述の詳細な説明において、多くの具体的な詳細が、特許請求される主題の完全な理解をもたらすために説明されてきた。しかし、特許請求される主題は、これらの具体的な詳細なしに実践され得ることは、当業者には理解されよう。他の例では、当業者であれば既知である方法および装置は、特許請求される主題を不明瞭にしないために、詳細には説明されていない。したがって、特許請求される主題は、開示される特定の例に限定されず、そのような特許請求される主題は添付の特許請求の範囲内にあるすべての態様およびその等価物も含み得ることが意図されている。
【００９４】
ファームウェアおよび/またはソフトウェアを伴う実装形態の場合、本方法は、本明細書で説明する機能を実施するモジュール(たとえば、プロシージャ、関数など)を用いて実装され得る。命令を有形に具現化するいずれの機械可読媒体も、本明細書で説明した方法を実装する際に使用され得る。たとえば、ソフトウェアコードは、メモリに記憶されてよく、プロセッサユニットによって実行されてよい。メモリは、プロセッサユニット内またはプロセッサユニットの外部に実装されてよい。本明細書で使用する「メモリ」という用語は、任意の種類の長期メモリ、短期メモリ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、または他のメモリを指し、いずれかの特定のタイプのメモリもしくはいずれかの特定のメモリ数に限定すべきではなく、また、メモリが記憶される媒体としていずれかの特定のタイプの媒体に限定すべきではない。
【００９５】
ファームウェアおよび/またはソフトウェアで実装される場合、機能は、コンピュータ可読記憶媒体上に1つもしくは複数の命令またはコードとして記憶され得る。例は、データ構造を用いて符号化されたコンピュータ可読媒体、および、コンピュータプログラムを用いて符号化されたコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は物理的コンピュータ記憶媒体を含む。記憶媒体は、コンピュータによってアクセスされ得る、任意の市販の媒体であってよい。限定ではなく例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、RAM、ROM、電気的消去可能プログラム可能読み取り専用メモリ(EEPROM)、コンパクトディスク読み取り専用メモリ(CD-ROM)もしくは他の光学ディスクストレージ、磁気ディスクストレージ、半導体ストレージ、または他の記憶デバイスを含むことができ、あるいは、所望のプログラムコードを命令またはデータ構造の形で記憶するのに使用でき、コンピュータによってアクセスできる任意の他の媒体を含むことができる。ディスク(disk)およびディスク(disc)は、本明細書では、コンパクトディスク(disc)(CD)、レーザーディスク(登録商標)(disc)、光学ディスク(disc)、デジタル多用途ディスク(disc)(DVD)、フロッピーディスク(disk)、およびblu-ray(登録商標)ディスク(disc)を含み、ディスク(disk)は通常、データを磁気的に再生し、ディスク(disc)は、レーザーを用いてデータを光学的に再生する。上記の組合せもまた、コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。
【００９６】
命令および/またはデータは、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されるだけでなく、通信装置中に含まれる送信媒体上の信号として提供されてもよい。たとえば、通信装置は、命令およびデータを表す信号を有するトランシーバを含み得る。命令およびデータは、1つまたは複数のプロセッサに、特許請求の範囲において概説される機能を実装させるように構成される。すなわち、通信装置は、開示した機能を実施するための情報を示す信号をもつ送信媒体を含む。最初は、通信装置に含まれる送信媒体は、開示される機能を実施するための情報の第1の部分を含むことができ、2度目は、通信装置に含まれる送信媒体は、開示される機能を実施するための情報の第2の部分を含むことができる。
【符号の説明】
【００９７】
100  システム
110  光ビームスキャナ
120  センサー
130  光学サブシステム
150  ターゲット
200  システム
210  プロセッサ/コントローラ
220  レーザー
230  アクチュエータ
232  光ファイバー
240  ビームスプリッタ
244  ミラー
250  送信機レンズ
260  ターゲット
270  受信機レンズ
280  検出器
290  ビーム位置センサー
300  LIDARシステム
310  光ビームスキャナ
315  送信機光学サブシステム
350  受信機光学サブシステム
360 2-Dセンサーアレイ
365  センサー要素
380  スイッチ、マルチプレクサ
390  アナログ−デジタルコンバータ(ADC)
395  信号プロセッサ
400  LIDARシステム
405  レーザービームステアリングコントローラ
410  レーザービームスキャナ
420  ビーム分割デバイス
430  送信機光学サブシステム
440  ターゲットオブジェクト
460 2-Dセンサーアレイ
465  センサー要素
470  第1のADC/TDC
480  センサーコントローラ
482  デマッピング回路
484  デマッピング回路
486  加算回路
488  第2のADC/TDC
490  戻りビーム分析器
510  SiPMセンサー
512  SPADマイクロセル
800  コンピューティングシステム
805  バス
810  プロセッサ
815  入力デバイス
820  出力デバイス
825  記憶デバイス
827  データベース
830  ワイヤード通信サブシステム
833  ワイヤレス通信サブシステム
835  作業メモリ
840  オペレーティングシステム
845  アプリケーションプログラム
850  クロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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